Il 5G continua a evolversi e a prendere forma come il prossimo eminente standard wireless mobile. Come base per tutti i campi di applicazione del 5G, le apparecchiature di rete mobile ad alte prestazioni sono fondamentali per il successo. 5G New Radio (NR) è la nuova generazione di reti mobili e sfrutta nuove bande nella gamma di frequenza 1 (FR1) da 410 MHz a 7.125 GHz e introduce frequenze più elevate nella gamma mmWave, denominata Gamma di frequenza 2 (FR2) da 24.25 GHz a 52.6 GHz.
Ci sono molte sfide associate al 5G. Una delle sfide più grandi è la pura flessibilità del 5G. Spaziatura della sottoportante, durata del simbolo, durata del prefisso ciclico, larghezza di banda, frequenze da 400 MHz a 43.5 GHz, funzioni virtualizzate (rete principale) e altro ancora rendono il 5G incredibilmente complesso. Per testare completamente il 5G, l'attrezzatura di test deve anche essere incredibilmente flessibile per ridurre la necessità di dozzine di diverse soluzioni di test 5G.
La standardizzazione del 5G e le applicazioni incentrate sulla banda larga mobile avanzata (eMBB) sono i primi casi d'uso principali per facilitare servizi dati più veloci per gli utenti finali. L'abilitazione di eMBB richiede l'uso di tecnologie come il beamforming che comportano alcune sfide di progettazione per le apparecchiature dell'infrastruttura di rete mobile.
Gli altri due casi d'uso principali sono le comunicazioni di tipo macchina massivo (mMTC) e le comunicazioni ultra affidabili e a bassa latenza (URLLC). Il caso d'uso mMTC supporta connessioni veloci e illimitate di un gran numero di dispositivi come richiesto per le applicazioni Internet of Things. Per URLLC, comunicazioni affidabili e bassa latenza sono gli argomenti chiave, obbligatori per le applicazioni verticali come l'IoT industriale e la guida autonoma.
Le prime applicazioni focus del 5G per eMBB, mMTC e URLLC (fonte: Rohde & Schwarz)
Tendenze infrastrutturali
Flessibilità
L'evoluzione del dispositivo dell'utente da un semplice telefono a un dispositivo basato su applicazioni che supporta vari casi d'uso richiede un'infrastruttura flessibile in grado di far fronte ai requisiti di servizio 5G associati a eMBB, URLLC e mMTC. Sebbene i metodi di rete definiti dal software consentano la virtualizzazione delle funzioni, le funzioni effettive saranno disaccoppiate da un'associazione hardware diretta. Ciò significa che le funzioni di rete non sono più regolate su elementi hardware specifici nella rete. Alcune funzioni di rete possono essere implementate nel cloud, mentre altre possono essere implementate nell'hardware.
Reti disaggregate e interfacce aperte consentono un concetto multi-vendor e accelerano l'introduzione di nuovi servizi. L'obiettivo è rendere la rete smart, agile e flessibile. Le strategie di implementazione 5G standalone e non standalone richiedono hardware flessibile per funzionare con le tecnologie legacy 2G, 3G e 4G. I requisiti tecnici sempre crescenti del 5G insieme alla complessità del sistema rendono necessario fare affidamento su apparecchiature di test a prova di futuro e soluzioni di test dedicate e ottimizzate per l'applicazione per l'intero ciclo di vita.
Densificazione della rete
La domanda sempre crescente di velocità di trasmissione dati più elevate sta portando le celle macro al limite. La densificazione della rete consente di far fronte ai difficili requisiti di capacità integrando le macrocelle. A seconda dello spettro di frequenza disponibile e delle normative di implementazione, le soluzioni di densificazione della rete vanno dalle piccole celle a bassa potenza ai sistemi di antenne distribuite e alle soluzioni mmWave. Essendo uno dei primi casi d'uso per le applicazioni 5G mmWave, l'accesso wireless fisso dell'ultimo miglio utilizza la capacità notevolmente aumentata per portare la banda larga nelle case private.
Oltre a supportare le nuove bande di frequenza dell'FR2, le apparecchiature di prova devono rimanere sufficientemente agili per supportare tutte le varie fasi e fasi del 5G come la coesistenza in corso con LTE, l'uso della condivisione dinamica dello spettro e la transizione da NSA a SA. Anche i nuovi requisiti di latenza e affidabilità per le reti del campus devono essere testati e verificati. I test over-the-air, al contrario dei test condotti, sono ora una necessità nel sito della cella per garantire metriche di qualità con l'adozione diffusa del beamforming.
L'infrastruttura wireless 5G comprende una rete di stazioni base macro e piccole. (Fonte: Rohde & Schwarz)
Architettura di rete mobile in evoluzione
L'importanza dell'infrastruttura di rete mobile 5G sta crescendo insieme alla necessità di prestazioni di rete affidabili in vari casi d'uso, che vanno da sporadici burst di dati a trasmissioni a bassa latenza veloci e affidabili. Tendenze come la cloudificazione, la disaggregazione e l'edge computing multiaccesso si rivolgono a reti intelligenti, agili e flessibili. La sfida consiste nel colmare il divario tra centralizzazione, minor consumo di energia e minore complessità rispetto all'implementazione di rete disaggregata gerarchica, favorendo la bassa latenza, il controllo RAN intelligente e gli aspetti di pianificazione ottimizzati per la qualità del servizio (QoS).
La funzionalità integrata di accesso e backhaul del 3GPP consente l'accesso e il backhaul tramite la stessa interfaccia aerea 5G la tecnologia, sfruttando la rapida implementazione dei componenti dell'infrastruttura. La connessione ubiqua è un obiettivo importante per portare la connettività nelle aree rurali e nelle reti IoT in località remote, promuovendo le reti non terrestri.
Consigliato
Le misurazioni di rete affidabili consentono miglioramenti della QoE
Reti private/locali
Industrie come gli impianti di produzione possono utilizzare la tecnologia 5G per creare una rete locale o privata all'interno di un'area dedicata. Basate sullo slicing della rete o su singole reti di proprietà del settore, le reti private offrono connettività unificata, servizi ottimizzati per i casi d'uso e un ambiente sicuro. I governi hanno iniziato a fornire allocazioni di spettro specifiche per le reti private. Gli operatori di rete possono offrire una rete non pubblica come rete virtualizzata come servizio ai propri clienti.
A seconda che i test vengano eseguiti dal proprietario della rete o siano esternalizzati all'operatore di telefonia mobile o a qualche altra terza parte, i test dovranno diventare parte del processo di proprietà e gestione di una rete privata per garantire la qualità, le prestazioni e l'affidabilità della rete .
Sfide di prova
R&S sui componenti
Lo sviluppo di apparecchiature di rete wireless inizia con il test dei componenti RF (amplificatore di potenza, front-end RF, convertitore D/A, filtro, array di antenne) e la verifica dell'elaborazione del segnale digitale e dei moduli di alimentazione. In genere, i segnali a onda continua vengono utilizzati per caratterizzare le metriche delle prestazioni RF come i parametri S. Metodi sempre più sofisticati vengono applicati sempre più per eseguire test con segnali modulati. Tecniche avanzate come la predistorsione digitale aiutano a ottenere prestazioni ottimali.
Progettazione e validazione
I test di progettazione e convalida aiutano a garantire le prestazioni funzionali di componenti, sottosistemi e sistemi in un'ampia gamma di condizioni. Le sequenze di test possono avere un ampio ambito e coprire più parametri come frequenza, potenza, raggi e temperatura. Ciò include le prestazioni di potenza e modulazione dei componenti e dei trasmettitori, l'accuratezza del beamforming (ad es. direzione e potenza del raggio) e l'integrità del segnale su interfacce digitali ad alta velocità.
Integrazione e verifica
I test di integrazione e verifica coprono l'intera stazione base e i suoi sottosistemi. Le sfide del test 5G includono la complessità dell'antenna, l'espansione della larghezza di banda e frequenze più elevate. I test includono modelli di radiazione sferica, potenza irradiata totale, caratteristiche del trasmettitore e prestazioni del ricevitore, inclusa un'analisi delle prestazioni su un ampio intervallo di temperature per tutti i segnali. L'attenzione si concentra sui set di funzionalità e sulla completezza dei test. Le misurazioni possono essere eseguite 24/7/365. Gli scenari di test sono automatizzati. L'ambito dei test è significativamente più ampio rispetto a quanto definito dalle specifiche 3GPP, che richiedono apparecchiature di test di fascia alta e grandi camere anecoiche.
Il 5G porta nuove sfide di test con la complessità dell'antenna, l'espansione della larghezza di banda e frequenze più elevate. (Fonte: Rohde & Schwarz)
Portare sul mercato le apparecchiature di rete 5G
Approvazione della conformità
Gli organismi di standardizzazione, come 3GPP, specificano i test di conformità per garantire che le stazioni base operino entro limiti di prestazioni e RF ben definiti. I test di conformità specificati da 3GPP riguardano le caratteristiche del trasmettitore e del ricevitore, nonché le prestazioni del ricevitore in condizioni di rumore e sbiadimento. Le autorità di regolamentazione, come FCC, UFCOM e BNetzA, generalmente fissano i limiti per questi test. Le stazioni base devono superare i test di conformità nella regione in cui verranno installate prima di poter iniziare a funzionare sul campo.
Test di produzione
I test di produzione prevedono due fasi: sottosistema e test completo del sistema. Innanzitutto, i sistemi sono calibrati. Ciò include l'applicazione di un segnale con un livello noto, la programmazione del dispositivo per segnalare il livello di segnale corretto e la regolazione del filtro o l'impostazione dell'attenuazione interna per generare la corretta potenza di uscita. Successivamente, le prestazioni vengono verificate.
I test di produzione sono progettati per garantire la qualità del prodotto indipendentemente dai test 3GPP. Poiché la produttività e l'efficienza sono fondamentali, sono essenziali strumenti ad alta velocità con prestazioni elevate e dimensioni compatte. Anche i test di produzione sono sempre più parallelizzati e automatizzati per livelli di produttività più elevati.
Installazione di rete e test della rete mobile
Ogni nuovo sito cellulare deve essere verificato per garantire prestazioni di rete e QoS corrette. Una tipica procedura di accettazione del sito prevede misurazioni dello spettro condotte via etere per analizzare il trasmettitore nei domini della frequenza e del tempo e risolvere i problemi.
Il 5G ha un nuovo requisito per i test funzionali che verificano la connessione alla rete e raccolgono KPI delle prestazioni come latenza, velocità di download e velocità di upload utilizzando uno smartphone. Infine, la decodifica del segnale viene utilizzata per verificare le informazioni di rete e i segnali di sincronizzazione per i segnali di ancoraggio 5G e LTE. Una volta che la rete è operativa, qualsiasi problema tecnico può essere diagnosticato e risolto utilizzando procedure di decodifica funzionale, spettrale e del segnale.
Conclusione
Le innovazioni tecnologiche hanno portato a soluzioni di test e misurazione innovative che consentono ai clienti di lanciare prodotti 5G in modo più rapido e sicuro. Gli ultimi miglioramenti consentono di generare e analizzare segnali 5G NR sub-6-GHz e mmWave.
Mentre la tecnologia mobile continua ad evolversi, analisi per la convalida del progetto e/o la produzione in serie diventa un compito più critico. Gli operatori di rete e gli OEM dei dispositivi devono essere in grado di valutare e certificare le caratteristiche di affidabilità e prestazioni di dispositivi e stazioni base in ambienti molto simili a quello in cui vengono effettivamente utilizzati. Senza dubbio, il 6G porterà ancora più complessità e sfide future, con l'uso previsto delle frequenze terahertz, o la possibilità di una nuova codifica dei canali altamente efficiente e l'uso di sofisticate tecnologie di rete di antenne.
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